Control Techniques auf der SPS/IPC/Drives

Synchronmotoren und Unidrive-Frequenzumrichter

04. November 2010

Einen Schwerpunkt des anwendungsorientierten Programms von Control Techniques auf der SPS/IPC/Drives, bilden die PM-Synchronmotoren und die Unidrive SP-Regler. Ein besonders anspruchvoller Einsatzbereich für Synchronantriebe sind die Prüfstände für Tests von Verbrennungsmotoren sowie für Getriebe und Fahrwerke im Automobilbau. Asynchronmotoren in Prüfständen konnten den Ansprüchen, insbesondere bei der Simulation von Verbrennungsmotoren nicht mehr gerecht werden, so dass der Einsatz von PM-Synchronmotoren notwendig wurde. Diese Synchronmotoren verbinden den Vorteil einer höheren Leistungsdichte mit geringerer Massenträgheit. Im Vergleich mit Asynchronmotoren hat er eine ca. 2-fache Leistungsdichte und 4-mal geringere Massenträgheit, die für eine realistische Simulation von Verbrennungsmotoren insbesondere bei ETPS (Electric Torque Pulse Simulation) gefordert wird. Mit den kleineren Synchronmotoren wird ein kompakterer Aufbau der Prüfstände erreicht, auf mechanische Verbindungen wie z.B. Gelenkwellen kann verzichtet werden und Prüfungen mit dem Original-Abgassystem sind möglich.

Die Regelung eines Synchronmotors mit Unidrive SP (Bild 1) erfolgt als feldorientierte Regelung. Damit kann das Drehmoment unverzögert über den Wirkstrom eingestellt werden. Durch die schnelle Abtastung der Regelung und hohen Taktfrequenzen von bis zu 16 kHz werden Anregelzeiten des Drehmomentes von weniger als 1 ms erreicht. Der Drehzahlregelbereich beträgt 0 bis 40.000 U/min.

Auch in Getriebeprüfständen gewinnt der Synchronmotor an Bedeutung durch den immer stärkeren Einsatz von Doppelschaltgetrieben (DSG). Damit Schaltvorgänge während der Prüfung möglichst realitätsnah erfolgen können, ist es besonders wichtig, Massenträgheiten in gleicher Größenordnung wie bei einem Verbrennungsmotor realisieren zu können. Typische Werte für 4/8-Zylinder-Motoren liegen etwa bei 0,1/0,3 kgm² und können nur mit Synchronmotoren erreicht werden. Für den Betrieb dieser Motoren und der Umsetzung der entsprechenden dynamischen Anforderungen eignet sich der Frequenzumrichter Unidrive SP insbesondere durch seinen großen Leistungsbereich von 0,25 kW bis 1,9 MW und der universellen Encoderschnittstelle. Eingangsfrequenzen von bis zu 200 kHz bei voller Interpolationstiefe und Anregelzeiten kleiner 1 ms sprechen für den Einsatz im Bereich der Prüfstandstechnik. Die Automatisierungs-schnittstellen CANopen oder EtherCAT sorgen für eine schnelle Datenübertragung mit Bandbreiten von 1 kHz.